Cinta adhesiva

Antecedentes

La cinta adhesiva es una cinta de tela recubierta con una resina de polietileno en un lado y un adhesivo a base de caucho muy pegajoso en el otro. A diferencia de otras cintas, el respaldo de tela le da resistencia a la cinta adhesiva pero permite que se rasgue fácilmente. La cinta adhesiva también es muy maleable y puede adherirse a una amplia variedad de superficies. Si bien fue diseñado principalmente para su uso en conductos de aire y aplicaciones similares, los consumidores han encontrado una amplia gama de usos para este popular producto. Se puede utilizar para una serie de trabajos de reparación domésticos, como sujetador en lugar de tornillos o clavos, y en el mantenimiento de automóviles. Incluso se sabe que los motonieves se aplican cinta adhesiva en la nariz para evitar las quemaduras de sol y las heladas. El producto ha generado tanto interés, que existen libros y sitios web dedicados a sus usos poco convencionales y, a menudo, cómicos. Por ejemplo, The Duct Tape Book describe cómo usar cinta adhesiva para hacer delantales y fundas para trampolines.

Historia

Existen relatos contradictorios sobre la historia de la cinta adhesiva. Según Manco, Inc. (fabricante de la cinta DuckTM Brand), fue creada por Permacell, una división de Johnson and Johnson, durante la Segunda Guerra Mundial en la década de 1940. Otros expertos afirman que el producto de cinta fue inventado en la década de 1920 por investigadores de la empresa 3M, dirigida por Richard Drew. La mayoría de los relatos coinciden, sin embargo, en que Permacell perfeccionó la cinta adhesiva durante la guerra. Utilizando tecnología de punta, su equipo de investigación desarrolló un proceso para combinar múltiples capas de adhesivo sobre un respaldo de tela recubierto de polietileno. Algunos dicen que este primer producto fue apodado «cinta de pato» porque repele el agua como las plumas de los pájaros o porque la malla de tela estaba hecha de tela de pato.

Independientemente de su origen, los militares encontraron muchos usos para cinta adhesiva. Una de sus primeras aplicaciones fue mantener juntas las cajas de municiones. Por esta razón, los soldados la llamaban «cinta para armas». La Fuerza Aérea encontró otros usos para el producto y la cinta adhesiva se utilizó para cubrir los puertos de las armas en los aviones para redujo la fricción del aire durante el despegue. Como muchos otros productos militares, la cinta adhesiva originalmente era de color verde oliva, pero después de la guerra se cambió al color plateado más familiar. Los fabricantes comenzaron a comercializarla entre los consumidores domésticos que encontraron una variedad de productos nuevos La cinta es más fácil de usar y tan eficaz como tornillos y pernos cuando se trata de mantener unidos el tipo de conductos que se encuentran en las casas nuevas con calefacción de aire forzado.

A medida que crecía la demanda de los consumidores , los especialistas en marketing comenzaron a empaquetar sus cintas i n una moda más amigable para el consumidor. Según Manco, fueron la primera empresa en envolver y etiquetar la cinta adhesiva para que pudiera apilarse fácilmente en los estantes de exhibición. Esta mejora del empaque facilitó a los compradores la distinción entre los diferentes grados. Para 1999, Manco vendía aproximadamente 5,900 toneladas cortas (5,352 toneladas métricas), o 246,217 millas (396,240 km) de cinta cada año.

Diseño

La cinta adhesiva está diseñada para diferentes aplicaciones según su grado. El grado está determinado por la combinación del tipo de adhesivo y la resistencia del material de respaldo. La resistencia de la tela depende de la cantidad de hilos que contiene; este número determina la resistencia al desgarro de la tela. Por ejemplo, la cinta de grado militar tiene una resistencia al desgarro de 40 lb (18 kg), mientras que la resistencia de las cintas menos costosas está en el rango de 20 lb (9 kg). La cinta diseñada para ser utilizada por el gobierno federal debe cumplir con una guía de especificaciones extensa de 12 páginas que dicta la resistencia y otros factores. Los grados comerciales son menos exigentes y, por lo general, se clasifican como grado de utilidad, de uso general o premium. Otros grados especiales incluyen «cinta nuclear», que se utiliza en reactores y una cinta de «200 millas (322 km) por hora» diseñada específicamente para autos de carrera.

Materias primas

Malla de algodón

La malla de algodón forma la columna vertebral de la cinta adhesiva. Proporciona resistencia a la tracción y permite que la cinta se rompa en ambas direcciones. La tela que tiene un tejido más apretado y un mayor número de hilos es de mayor calidad, proporciona mayor resistencia y proporciona un desgarro más limpio. Una cinta de primera calidad puede tener un número de hilos de 44 x 28 hilos por pulgada cuadrada. Por consiguiente, la cinta hecha con este tejido es más cara. La tela de algodón se denomina «banda» cuando se extiende por la maquinaria de recubrimiento.

Revestimiento de polietileno

El tejido de algodón está revestido con polietileno, un material plástico que lo protege de la humedad y la abrasión. Este revestimiento de plástico es flexible y permite que la cinta se adhiera mejor a superficies irregulares. El polietileno se funde y se aplica a la tela en una operación de revestimiento preliminar. Luego, la tela recubierta se almacena en rollos hasta que el fabricante esté listo para aplicar el adhesivo.

Compuesto adhesivo

El adhesivo utilizado en la cinta adhesiva es único por dos razones. Primero, el adhesivo en sí está formulado con compuestos de caucho que aseguran una unión a largo plazo. Otras cintas suelen utilizar polímeros adhesivos que no son tan aglutinantes. En segundo lugar, el adhesivo se aplica al sustrato en una capa mucho más gruesa que la que se usa en celofán o cintas de enmascarar. Esto también sirve para aumentar las propiedades adhesivas de la cinta.

El proceso de fabricación

Composición adhesiva

• 1 El adhesivo a base de caucho utilizado en la cinta adhesiva se prepara en un proceso de varios pasos. En el primer paso, el adhesivo se mezcla en un mezclador conocido como mezclador tipo Branbury que consiste en un tanque de acero inoxidable equipado con una camisa de vapor para calentar el compuesto y un mezclador de alto par. Los compuestos de caucho se introducen en forma de gránulos, luego se calientan y se mezclan hasta que se funden y son homogéneos. Se agregan otros ingredientes al tanque de mezcla como se especifica en la formulación. Estos incluyen agentes de pegajosidad, modificadores de la viscosidad, antioxidantes y otros adyuvantes. La mezcla final es espesa pero lo suficientemente suave como para bombearla a un tanque de almacenamiento conectado al equipo de recubrimiento.

Aplicación de adhesivo

• 2 El adhesivo y la tela se combinan mediante un sofisticado equipo de recubrimiento. Primero, el adhesivo se ablanda aún más por calor en un molino de rodillos. Un molino de rodillos consta de rodillos huecos poco espaciados que están hechos de acero inoxidable de gran espesor. Los rodillos están unidos a engranajes de alto par y un motor que los hace girar a una velocidad establecida. La temperatura de los rodillos se controla bombeando agua continuamente a través de ellos. El rodillo superior se mantiene a una temperatura de 260 ° F (127 ° C) y el rodillo central se mantiene a 100 ° F (38 ° C). Los cilindros se fijan en su lugar de modo que solo exista un pequeño espacio entre ellos. A medida que giran los rodillos, el compuesto de caucho se introduce en este espacio. La fricción generada calienta y ablanda la goma. Esta disposición permite que el adhesivo fundido forme una hoja delgada a través de la superficie de los rodillos.
• 3 Luego, la tela se introduce en la máquina de recubrimiento a través de otro juego de rodillos. Corre contra el tercer rodillo (mantenido a 199 ° F) que está en contacto con el adhesivo. Durante este proceso, conocido como recubrimiento, el adhesivo se transfiere a la tela. Al controlar los espacios entre los rodillos, el operador de la máquina puede determinar cuánto adhesivo se aplica a la tela. Cuando el adhesivo está listo, el material de respaldo de tela, que ha sido pretratado con polietileno, se alimenta de su rollo de almacenamiento y se coloca en los rodillos de recubrimiento. Cuando el material de respaldo entra en contacto con el tercer rodillo,
  

  A. Calandra de cinta sensible a la presión de tres rodillos. B. Calendario adhesivo de dos rollos. C. Polietileno y calandra adhesiva. D. Calendario para cinta de tela recubierta de polietileno.

  recoge un poco de adhesivo del rodillo de transferencia. Este proceso utilizado para aplicar adhesivos tan pesados se conoce como calandrado. Se pueden utilizar revestimientos tan delgados como 0,002 pulg. (0,05 mm) pero se vuelven menos uniformes por debajo de 0,004 pulg. Estas fluctuaciones se producen porque los rodillos experimentan un pequeño grado de flexión al girar. Esto crea espacios desiguales entre los rodillos que provocan variaciones en el peso del revestimiento a través de la banda.

• 4 Después del recubrimiento, la cinta se enrolla en grandes núcleos de cartón. Cuando se ha recubierto suficiente cinta y el rollo está lleno, se retira de su eje y se mueve a otra área donde se puede cortar al tamaño adecuado. Estos rollos de almacenamiento tienen aproximadamente 5 pies de ancho y 3 pies de diámetro (152 cm x 91 cm).

Rebobinado y corte

• 5 Una vez finalizado el proceso de recubrimiento, los papeles se pueden cortar a su tamaño final. Esto se hace «desenrollando» o desenrollando los rollos grandes en una máquina equipada con una serie de cuchillos. Las cuchillas cortan la banda en segmentos más estrechos que luego se rebobinan en núcleos de cartón más pequeños. Este proceso se conoce como «corte».

Operaciones de empaque

• 6 En esta etapa final, los rollos de cinta adhesiva se empaquetan para la venta. Por lo general, se envuelven con plástico retráctil, ya sea individualmente o en paquetes de dos o tres. Estos paquetes luego se empaquetan y comercializan para su envío.

  Dependiendo del fabricante, los pasos descritos anteriormente se pueden combinar mediante la automatización en menos pasos. Por ejemplo, Permacell utiliza un aparato autónomo que mezcla, calienta y fija el adhesivo sobre el respaldo. Este método permite preparar el pegamento sin disolventes contaminantes.

Control de calidad

La cinta adhesiva debe cumplir con una serie de pruebas estándar descritas por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales.Estos métodos miden dos propiedades clave del adhesivo: su fuerza adhesiva (que determina qué tan bien se adherirá la cinta a otra superficie) y la fuerza cohesiva (que muestra qué tan bien se adherirá el adhesivo al respaldo de la tela). Un método común para evaluar estas propiedades implica aplicar la cinta a una placa de acero inoxidable estandarizada y luego medir la fuerza requerida para arrancarla. Luego, se examina la placa para determinar la cantidad, si es que queda alguna, de residuo de adhesivo que queda. El revestimiento adhesivo en sí mismo se monitorea para evaluar qué tan bien se adhiere a su respaldo. Las condiciones en las que el adhesivo deja un residuo se conocen como arrastre, agrietamiento, supuración y sangrado. Los técnicos de control de calidad también vigilan los ojos de pez, el término utilizado para describir una aplicación desigual de adhesivo.

Además de las pruebas estándar, cada fabricante tiene sus propios métodos patentados para evaluar sus productos. Por ejemplo, las empresas pueden medir el punto de rotura de la cinta adhesiva. Otras evalúan el sonido de «crujido» de la cinta a medida que se desenrolla porque los consumidores creen que una rotura ruidosa del rollo es un signo de resistencia. Otras pruebas están diseñadas para medir la adherencia rápida . Una forma de hacerlo es disparando pelotas de ping-pong a las tiras de cinta con el lado adhesivo hacia arriba para medir hasta dónde ruedan antes de que la cinta las detenga.

A pesar de la reputación de superioridad de la cinta adhesiva adherencia, las pruebas realizadas por investigadores independientes han encontrado que la cinta no funciona tan bien como se esperaba. En 1998, los investigadores Max Sherman y Lain Walker, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía, evaluaron 12 tipos diferentes de cinta adhesiva. Diseñaron una prueba de envejecimiento acelerado que imitaba las condiciones de temperatura de una casa o edificio de oficinas de la noche al día y De invierno a verano. Utilizaron una serie de juntas de dedos estándar que conectaban un conducto más pequeño a uno más grande. Envolviendo cada conexión de prueba con una marca diferente de cinta adhesiva, evaluaron el sello en condiciones de temperatura y humedad diseñadas para ser similares a las encontradas en sistemas de calefacción y aire acondicionado domésticos. Los investigadores también realizaron una prueba de horneado en la que las juntas de muestra se hornearon a temperaturas más altas. Se encontró que la mayoría de las juntas analizadas tenían fugas de un 50% o más, según los investigadores. Los resultados de la prueba También mostró que una gran proporción de las cintas no funcionaba cuando las temperaturas caían por debajo del punto de congelación (32 ° F) o aumentaban por encima de 200 ° F (93 ° C). La industria pe cuestionó estos hallazgos, alegando que para una eficiencia óptima sus productos de cinta deben ser asistidos por collares o abrazaderas.

El futuro

Las consideraciones ambientales y de precio impulsan las investigaciones para identificar nuevas formulaciones de adhesivos a un costo más bajo: precio general para uno de 2 pulgadas (5 cm) de ancho, 50 yardas (46 m) El rollo de cinta adhesiva multiusos cuesta aproximadamente tres dólares, lo que mantiene una alta funcionalidad sin dañar el medio ambiente. Además, las consideraciones de marketing impulsan las mejoras del producto. En respuesta a las críticas de que la cinta adhesiva no funciona bien a temperaturas extremas, los fabricantes están creando fórmulas más avanzadas especialmente diseñadas para resistir fluctuaciones severas de calor y frío. Por primera vez, se están creando estándares formales específicamente para el uso de cinta adhesiva en conductos flexibles. Los fabricantes de cintas apoyan este plan porque creen que la certificación de Underwriters Laboratories (una organización de pruebas de seguridad de productos) impulsará sus ventas.